Kanker adalah penyakit yang disebabkan oleh kerusakan mekanisme pengaturan dasar perilaku sel, terutama mekanisme pertumbuhan dan diferensiasi sel. Sejak beberapa tahun yang lampau, telah diketahui bahwa apabila sel tumbuh dan berdiferensiasi, akan ada unsur genetik yang diaktifkan (switched on) dan ada yang di-inaktifkan (switched off). Gen-gen inilah yang termasuk dalam kelompok sistem regulasi sel atau dikenal sebagai “mesin siklus sel” dan merupakan sistem utama bagi berlangsungmya fisiologi sel-sel normal.
Dalam perkembangannya, sel akan berdiferensiasi dan membentuk berbagai jenis jaringan dengan fungsi yang berbeda-beda. Meskipun demikian setiap sel memiliki informasi genetik yang sama yang disandikan di dalam DNA-nya. Dalam keadaan normal pertumbuhan sel diatur dengan ketat oleh sistem regulasi tersebut untuk memenuhi kebutuhan organisme. Sebaliknya, sel-sel kanker tumbuh secara autonom tidak terkendali, dimana pada fase lanjut akan menginvasi jaringan/organ normal di sekitarnya, yang berakibat terganggunya fungsi organ/jaringan bersangkutan.
Transformasi sel normal menjadi sel kanker terjadi adalah akibat terganggunya sistem regulasi di atas yang berakibat sel-sel kanker mampu membelah diri menjadi lebih banyak, bahkan hingga berjuta-juta sel dan tidak menghasilkan pertumbuhan sel-sel progenitor normal. Inilah ciri utama sel kanker.
Unsur penting dalam gangguan sistem regulasi pertumbuhan sel adalah onkogen. Konsep onkogen pertama kali dikemukakan setelah ditemukannya unsur-unsur genetik virus (khususnya retrovirus) yang bertanggung jawab atas kemampuan virus bersangkutan untuk mentransformasi sel.
Penelitian-penelitian selanjutnya mengungkapkan 4 atribut onkogen yang merupakan dasar adanya hubungan antara onkogen dengan kanker, yaitu :
Sebagian besar transformasi terjadi pada sel somatik, tetapi adakalanya mutasi gen terjadi pada germline cells. Bila mutasi terdapat pada germline cells maka mutasi yang sama akan dijumpai pada setiap sel dalam tubuh. Seseorang yang mewarisi salah satu germline mutations dari orang tuanya mengakibatkan individu tersebut mempunyai predisposisi untuk menderita kanker. Karena itu dianggap perlu untuk mengidentifikasi gen-gen penting yang berperan dalam pertumbuhan kanker dan menganalisis mekanisme pertumbuhan sel di tingkat molekuler.
Pemahaman mekanisme molekuler pertumbuhan dan penyebaran kanker serta identifkasi berbagai gen yang terlibat di dalamnya, di masa mendatang dapat digunakan untuk menentukan diagnosis, sebagai penanda preneoplasia, menentukan predisposisi untuk menderita kanker, menentukan prognosis serta terapi spesifik untuk menyingkirkan sel ganas.
Aplikasi biologi molekuler untuk mempelajari kanker saat ini banyak digunakan untuk mendeteksi berbagai onkogen dan tumor suppressor genes dan mengkaji mekanisme aktivitas dan peranan gen-gen tersebut dalam mengatur proliferasi sel. Bagi mereka yang bekerja di bidang onkologi, pemahaman tentang patogenesis kanker di tingkat molekuler merupakan prasyarat (prerequisite) untuk pengembangan metode diagnosis yang baru serta terapi yang lebih efektif.
PENYEBAB KANKER
Kanker merupakan refleksi faktor lingkungan dan genetik. Bahwa faktor lingkungan berperanan penting pada karsinogenesis dibuktikan dengan berbagai percobaan binatang. Hasil penelitian mengungkapkan bahwa frekuensi kanker meningkat pada binatang yang terpapar karsinogen tertentu. Termasuk ke dalam faktor lingkungan adalah berbagai jenis virus, bahan kimia dan radiasi pengion dan ultraviolet.
Sebagian besar dari faktor lingkungan tersebut memiliki sifat biologis yang sama yaitu dapat mengakibatkan kerusakan pada DNA. Kesamaan sifat ini menimbulkan dugaan bahwa DNA sel merupakan sasaran utama semua bahan karsinogenik dan bahwa kanker disebabkan perubahan DNA sel.
Bukti-bukti lain yang mendukung konsep ini adalah:
Periode laten yang lama mendukung dugaan bahwa perlu adanya beberapa perubahan atau beberapa mutasi sebelum sel normal berubah menjadi fenotip ganas. Mutagen menyebabkan lesi DNA pada berbagai tempat (lokasi) dan berkat perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi saat ini dapat diidentifikasi berbagai lokasi pada DNA yang merupakan sasaran lesi onkogenik dan yang mempunyai fungsi biologis penting bagi pertumbuhan sel.
Penelitian tentang hubungan antara kanker dan virus juga telah membuktikan bahwa berbagai jenis virus merupakan mutagen yang poten, bahkan lebih poten dari bahan kimia.
Ada 2 jalur melalui mana virus dapat menyebabkan transformasi, yaitu pertama dengan cara menghambat fungsi berbagai tumor suppressor gene seperti Rb dan p53 dan menghambat salah satu keluarga Bcl2 yang pro-apoptotik yaitu bax, sedangkan jalur kedua dengan cara menghasilkan produk onkogen virus yang menginduksi translokasi kromosom atau mutasi gen lain dan berakhir dengan transformasi sel.
Pada gambar di atas diperlihatkan transformasi sel oleh virus DNA melalui inaktivasi produk tumor suppressor gene pRb dan p53 serta bax (jalur bawah). Fungsi protein-protein ini juga sering terganggu pada karsinogenesis yang tidak berkaitan dengan virus. Jalur transformasi yang lain (jalur atas) menunjukkan mekanisme transformasi oleh virus melalui produk virus yang menginduksi translokasi kromosom dan ekspresi onkoprotein (oncogenic fusion protein).
Salah satu produk virus (viral oncogene) yang sudah lama dikenal adalah E1A adenovirus yang menginduksi translokasi t. Walaupun demikian, infeksi virus tidak selalu berakhir dengan transformasi. Banyak virus dapat berada dalam tubuh dalam keadaan laten untuk waktu yang lama dalam bentuk kriptik dan mengawali tumorigenesis, tetapi untuk berlanjut menjadi kanker diperlukan berbagai ko-faktor.
Penelitian lebih lanjut mengenai hal ini dapat mengidentifikasi berbagai gen virus (viral oncogenes) yang bertanggung jawab atas terjadinya transformasi dan hasil penelitian tersebut merupakan dasar untuk pemahaman kita tentang onkogen-onkogen penting pada kanker yang diinduksi maupun tidak diinduksi oleh virus.
Seperti telah diuraikan di atas, baik virus maupun bahan fisiko-kimia dapat menginduksi tumorigenesis melalui mekanisme genetik. Bahan fisiko-kimia melakukannya dengan memodifikasi gen normal menjadi onkogen sedangkan virus disamping dapat menyebabkan mutasi DNA juga mengandung preformed oncogenes.
BIOLOGI SEL KANKER
Sebagian besar sel normal yang terdapat dalam tubuh sudah mengalami diferensiasi yang berarti sel-sel tersebut telah mengalami berbagai perubahan demikian rupa sehingga menunjukkan morfologi dan fungsi spesifik.
Selama proses diferensiasi, sel normal umumnya tidak memiliki kemampuan untuk berproliferasi, tetapi di lain fihak banyak sel-sel jaringan tubuh mengalami proses renewal untuk mengganti sel-sel yang hilang karena rusak atau menua, dengan sel-sel prekursor baru (stem-cells), yang kemudian diikuti oleh proliferasi sel- sel keturunannya.
Diduga bahwa sebagian besar sel kanker berasal dari sel-sel progenitor ini. Kehilangan kemampuan berdiferensiasi menyebabkan maturation arrest yang berakhir dengan peningkatan proliferasi sel dan perkembangan tumor.
Pada umumnya diperlukan 2 perubahan penting untuk transformasi ganas. Pertama adanya kemampuan untuk tumbuh dan berkembang tanpa stimulasi dari luar (autocrine), baik melalui produksi regulator, aktivasi reseptor secara terus menerus atau transduksi sinyal yang abnormal dalam jalur transduksi mulai dari reseptor hingga gen relevan dalam nukleus.
Kelainan yang kedua adalah kesalahan intrinsik dalam komitmen diferensiasi dari sel-sel yang memberikan respons terhadap stimulasi di atas sehingga, karena tidak ada komitmen diferensiasi, yang terbentuk adalah sel-sel yang sama dengan induknya dan bukan sel-sel prognitor yang memiliki komitmen untuk diferensiasi terminal.
Pertumbuhan sel normal diatur oleh protein terlarut yang disebut faktor pertumbuhan atau sitokin. Salah satu jenis protein yang diketahui bersifat sebagai faktor pertumbuhan adalah hormon yang juga merupakan molekul penerus sinyal. Hormon disimpan dalam kelenjar endokrin dan disekresikan ke dalam sirkulasi apabila diperlukan.
Di samping hormon, protein regulator pertumbuhan lain yang disekresikan oleh berbagai jenis sel adalah polipeptida yang dapat mempengaruhi pertumbuhan sel-sel di sekitarnya (sinyal parakrin); contoh faktor pertumbuhan golongan ini adalah sitokin.
Sel juga dapat mensekresikan protein yang dapat berikatan dengan reseptor pada permukaan sel sendiri (sinyal autokrin). Faktor pertumbuhan terlarut merupakan unsur penting dalam mengatur proliferasi dan diferensiasi serta fungsi sel-sel hemopetik termasuk sel-sel sistem imun.
Faktor pertumbuhan menyampaikan sinyal melalui pengikatan dengan reseptor yang kemudian meneruskan sinyal ini melalui berbagai proses biokimiawi intrasel ke nukleus. Proses ini disebut transduksi sinyal. Kelainan dalam jalur transduksi sinyal yang menyebabkan stimulasi berlebihan sering dijumpai pada sel-sel kanker.
Stimulasi berlebihan oleh faktor pertumbuhan saja pada umumnya hanya menyebabkan hiperplasia dan bukan transformasi ganas. Untuk menjadi ganas diperlukan kelainan intrinsik lain misalnya inaktivasi tumor suppressor genes. Salah satu contoh interaksi antara faktor pertumbuhan yang berlebihan dengan kelainan faktor intrinsik yang berakibat transformasi ganas diperlihatkan pada gambar di bawah dengan mengambil contoh kanker payudara.
Pada gambar ini diperlihatkan pengaruh stimulasi berlebihan estradiol dan hormon steroid lain untuk merangsang proliferasi sel kelenjar payudara. Stimulasi ini membantu ekspresi dan fiksasi mutasi gen yang telah ada dalam germline cells (misalnya p53, BRCA1/ BRCA2).
Tambahan kelainan gen DNA repair (MSH1) meng-akselerasi transformasi ganas. Aktivasi onkogen, baik akibat mutasi, translokasi maupun amplifikasi meningkatkan proliferasi sedangkan inaktivasi tumor suppressor genes, yang dalam keadaan normal berfungsi mengontrol pertumbuhan, ditambah dengan disfungsi gen DNA repair, menyebabkan sel tumbuh tak terkontrol dan akhirnya mengalami transformasi ganas.
Perkembangan dan pertumbuhan sel normal membutuhkan koordinasi intraseluler maupun interaksi antar sel yang terkendali dalam organisme bersangkutan. Proliferasi sel normal berlangsung melalui suatu siklus sel yang terdiri atas 4 fase yang ditentukan oleh waktu sintesis DNA, yaitu fase G1, fase S, fase G2 dan fase M.
Berbeda dengan bakteria yang mensintesis DNA secara terus menerus selama siklus pembelahan sel, sel-sel mamalia mengalami siklus sel yang lebih kompleks. Setelah mitosis, sel memasuki fase G1, yaitu fase di mana sel sangat aktif tetapi tidak mensintesis DNA. Pada fase ini kandungan DNA sel adalah 2N (diploid), Siklus sel kemudian berlanjut ke fase S di mana terjadi sintesis DNA dan kandungan DNA berubah menjadi 4N.
Fase selanjutnya adalah fase G2 sebelum memasuki fase M di mana sel membelah diri menjadi 2 sel diploid. Waktu yang diperlukan untuk satu siklus bergantung pada jenis sel, dan perbedaan waktu itu terutama terjadi di fase G1, di mana bila diperlukan siklus sel berhenti pada fase ini (G1 arrest) atau pada interphase G1/S.
Titik penentu (decision point) terletak pada G1. Pada titik ini sel normal melanjutkan siklus sel melalui G1 atau memasuki fase G0 untuk berisitirahat bergantung pada ada tidaknya faktor pertumbuhan. Kontrol pertumbuhan bergantung pada berbagai mekanisme transduksi sinyal yang acap kali diperantarai oleh hormon dan faktor pertumbuhan.
Pertumbuhan kanker menunjukkan kegagalan mekanisme kontrol tersebut sehingga sel-sel kanker tumbuh tak terkendali dan itulah yang merupakan ciri utama sel ganas. Pertumbuhan tak terkendali dapat terjadi karena sel-sel kanker tidak memberikan respons terhadap sinyal kontrol, mungkin karena adanya lesi DNA atau adanya produk onkogen.
Alternatif lain adalah defek mekanisme kontrol homeostatik itu sendiri, misalnya akibat sekresi faktor pertumbuhan yang tidak tepat atau berlebihan, baik oleh sel-sel kanker sendiri maupun oleh sel-sel di sekitar kanker atau akibat gangguan proses metilasi DNA baik hipometilasi maupun hipermetilasi.
Pertumbuhan tidak terkontrol juga mungkin terjadi akibat perubahan (modifikasi) kuantitatif maupun kuantitatif pada reseptor faktor pertumbuhan atau gangguan fungsi meneruskan sinyal oleh kompleks faktor pertumbuhan dengan reseptornya ke nukleus.
Salah satu kelainan reseptor faktor pertumbuhan adalah ekspresi berlebihan c-ErbB2 yang merupakan reseptor tirosine kinase yang berakibat transduksi sinyal terus menerus melalui M G2 G1 S G0 7 stimulasi ErbB1 (EGFR). Fosforilasi reseptor faktor pertumbuhan karena ikatannya dengan ligand (faktor pertumbuhan) atau kelainan kualitas akibat mutasi mengakibatkan aktivasi molekul-molekul transduksi sinyal berikutnya (downstream), misalnya MAP-kinase, ERK’s, cJun/JNK dan lain-lain.
Banyak bukti-bukti yang menyatakan bahwa kanker berasal dari sel progenitor tunggal yang berproliferasi membentuk sebuah klon yang sel-selnya memiliki sifat-sifat sama dengan progenitornya, termasuk memiliki kelainan genetik atau menunjukkan fenotip ganas yang sama. Kelainan genetik itu harus stabil karena ia berada dalam sel yang terus menerus berproliferasi dan mewariskan kelainan genetik itu kepada sel-sel keturunannya.
Tetapi meskipun ada tanda-tanda klonal, ada pula bukti bahwa sel-sel dalam klon itu tidak selalu identik. Sel-sel dalam sebuah tumor seringkali menunjukkan heterogenitas, sehingga menimbulkan dugaan bahwa sel-sel kanker mengalami modifikasi selama pertumbuhannya.
Walaupun kanker dapat berkembang dalam berbagai jenis organ, ada beberapa gambaran umum dalam perkembangan berbagai jenis kanker yang mengikuti pola yang sama :
Pengertian awal tentang sifat-sifat sel kanker diperoleh dengan melakukan kultur sel in vitro. Dari kultur sel in vitro tersebut diketahui berbagai perbedaan sifat pertumbuhan sel kanker dengan sel normal. Salah satu sifat penting sel kanker dalam kultur adalah masa hidupnya dengan kemampuan berproliferasi yang tidak terbatas, yang sering disebut dengan istilah “immortal” dan diferensiasi abnormal.
Diferensiasi abnormal itu berkaitan dengan proliferasi karena sel normal yang telah berdiferensiasi lengkap akan berhenti berproliferasi atau hanya berproliferasi lambat, tetapi sel-sel ganas akan berhenti berdiferensiasi konsisten dengan kemampuan berproliferasi aktif tanpa batas.
Di samping itu, sel ganas seringkali tidak mampu menjalani apoptosis padahal ini merupakan program diferensiasi banyak jenis sel yang memiliki ketahanan hidup terbatas. Sifat sel ganas in vitro ternyata mirip dengan beberapa sifat sel ganas in vivo
Salah satu sifat lain dari sel ganas adalah memiliki kemampuan untuk menembus jaringan sekitarnya dan menyebar melalui pembuluh darah atau pembuluh getah bening ke tempat jauh (metastasis). Penyebaran sel-sel kanker memerlukan perubahan genetik yang memungkinkan sel-sel tersebut mampu bermigrasi dari organ asalnya ke organ yang letaknya berjauhan.
Tetapi migrasi sel kanker saja tidak cukup untuk tumbuhnya metastasis di lokasi baru. Untuk ini diperlukan ketersediaan nutrisi yang cukup yang diperoleh melalui vaskularisasi (angiogenesis). Kemampuan kita untuk mengontrol dan mencegah metastasis memerlukan pengertian yang lebih baik tentang mekanisme yang mendasari metastasis, termasuk mekanisme yang terlibat dalam survival, migrasi dan adhesi maupun kontrol genetik proses tersebut.
Saat ini telah dapat diidentifikasi berbagai enzim proteolitik yang mengawali cleavage, aktivasi dan degradasi protein-protein seluler. Di antara enzim yang berperan penting dalam proses degradasi matriks yang diperlukan untuk proses metastasis dan angiogenesis adalah enzim urokinase plasminogen activator (u-PA) dan inhibitor (PAI), metalloproteinase, heparanases, stromelysin dan lain-lain
Di samping kelainan mekanisme proliferasi dan diferensiasi, sel-sel kanker yang mengalami kelainan genetik memerlukan metabolisme khusus untuk perkembangannya menjadi masa tumor dalam 3 dimensi. Walaupun kelainan metabolik ini tidak merupakan defek mendasar yang menyebabkan kanker, kelainan tersebut dapat merupakan dasar kemampuan sel-sel ganas untuk hidup dan menembus jaringan sekitarnya.
Penelitian akhir- akhir ini mengungkapkan bahwa beberapa di antara kelainan genetik yang mengakbatkan perkembangan tumor secara langsung atau melalui hipoksia juga berdampak pada glikolisis yang berperan penting pada kemampuan sel kanker untuk merekrut pembuluh darah baru (angiogenesis).
Di samping kelainan genetik atau mutasi DNA yang secara langsung berperan pada tumorigenesis, tidak boleh dilupakan kontribusi epigenetik pada perkembangan kanker. Proses epigenetik merupakan kelainan fungsi gen yang diturunkan dan diperantarai oleh faktor-faktor lain di luar kelainan primer pada sekuen DNA.
Seperti telah disebut di atas, dengan beberapa pengecualian, setiap sel dalam tubuh manusia memiliki informasi genetik yang sama. Walaupun demikian, terdapat perbedaan yang besar dalam fungsi masing-masing jenis sel. Ini berarti bahwa setiap jenis sel hanya mengekspresikan seperangkat gen spesifik yang diperlukan untuk melaksanakan fungsinya.
Ekspresi gen spesifik sesuai jenis sel ini ditentukan saat sel berdiferensiasi melalui interaksi yang kompleks di antaranya sinyal ekstraseluler, faktor transkripsi spesifik jaringan, dan modifikasi kovalen DNA melalui metilasi. Diferensiasi pada umumnya terjadi tanpa perubahan pada sekuen DNA primer, tetapi trait yang diperoleh biasanya stabil dan dapat diwariskan kepada sel-sel keturunannya pada saat pembelahan sel.
Dalam perkembangannya, sel akan berdiferensiasi dan membentuk berbagai jenis jaringan dengan fungsi yang berbeda-beda. Meskipun demikian setiap sel memiliki informasi genetik yang sama yang disandikan di dalam DNA-nya. Dalam keadaan normal pertumbuhan sel diatur dengan ketat oleh sistem regulasi tersebut untuk memenuhi kebutuhan organisme. Sebaliknya, sel-sel kanker tumbuh secara autonom tidak terkendali, dimana pada fase lanjut akan menginvasi jaringan/organ normal di sekitarnya, yang berakibat terganggunya fungsi organ/jaringan bersangkutan.
Transformasi sel normal menjadi sel kanker terjadi adalah akibat terganggunya sistem regulasi di atas yang berakibat sel-sel kanker mampu membelah diri menjadi lebih banyak, bahkan hingga berjuta-juta sel dan tidak menghasilkan pertumbuhan sel-sel progenitor normal. Inilah ciri utama sel kanker.
Unsur penting dalam gangguan sistem regulasi pertumbuhan sel adalah onkogen. Konsep onkogen pertama kali dikemukakan setelah ditemukannya unsur-unsur genetik virus (khususnya retrovirus) yang bertanggung jawab atas kemampuan virus bersangkutan untuk mentransformasi sel.
Penelitian-penelitian selanjutnya mengungkapkan 4 atribut onkogen yang merupakan dasar adanya hubungan antara onkogen dengan kanker, yaitu :
- Onkogen yang sama dapat dijumpai pada banyak jenis vertebrata maupun invertebrata;
- Gen bersangkutan diaktivasi pada berbagai jenis kanker manusia;
- Dampak aktivasi onkogen pada sel adalah dominan; ini berarti bahwa onkogen teraktivasi tersebut dapat merangsang pertumbuhan sel walaupun di dalam sel bersangkutan terdapat gen sama yang normal atau inaktif;
- Setiap onkogen menyandi protein yang masing-masing berperan dalam transduksi sinyal yaitu meneruskan pesan pertumbuhan dari luar sel secara berurutan dan teratur ke nukleus yang kemudian menerjemahkannya dalam proses proliferasi dan diferensiasi sel.
Sebagian besar transformasi terjadi pada sel somatik, tetapi adakalanya mutasi gen terjadi pada germline cells. Bila mutasi terdapat pada germline cells maka mutasi yang sama akan dijumpai pada setiap sel dalam tubuh. Seseorang yang mewarisi salah satu germline mutations dari orang tuanya mengakibatkan individu tersebut mempunyai predisposisi untuk menderita kanker. Karena itu dianggap perlu untuk mengidentifikasi gen-gen penting yang berperan dalam pertumbuhan kanker dan menganalisis mekanisme pertumbuhan sel di tingkat molekuler.
Pemahaman mekanisme molekuler pertumbuhan dan penyebaran kanker serta identifkasi berbagai gen yang terlibat di dalamnya, di masa mendatang dapat digunakan untuk menentukan diagnosis, sebagai penanda preneoplasia, menentukan predisposisi untuk menderita kanker, menentukan prognosis serta terapi spesifik untuk menyingkirkan sel ganas.
Aplikasi biologi molekuler untuk mempelajari kanker saat ini banyak digunakan untuk mendeteksi berbagai onkogen dan tumor suppressor genes dan mengkaji mekanisme aktivitas dan peranan gen-gen tersebut dalam mengatur proliferasi sel. Bagi mereka yang bekerja di bidang onkologi, pemahaman tentang patogenesis kanker di tingkat molekuler merupakan prasyarat (prerequisite) untuk pengembangan metode diagnosis yang baru serta terapi yang lebih efektif.
PENYEBAB KANKER
Kanker merupakan refleksi faktor lingkungan dan genetik. Bahwa faktor lingkungan berperanan penting pada karsinogenesis dibuktikan dengan berbagai percobaan binatang. Hasil penelitian mengungkapkan bahwa frekuensi kanker meningkat pada binatang yang terpapar karsinogen tertentu. Termasuk ke dalam faktor lingkungan adalah berbagai jenis virus, bahan kimia dan radiasi pengion dan ultraviolet.
Sebagian besar dari faktor lingkungan tersebut memiliki sifat biologis yang sama yaitu dapat mengakibatkan kerusakan pada DNA. Kesamaan sifat ini menimbulkan dugaan bahwa DNA sel merupakan sasaran utama semua bahan karsinogenik dan bahwa kanker disebabkan perubahan DNA sel.
Bukti-bukti lain yang mendukung konsep ini adalah:
- adanya jenis kanker tertentu yang insidensnya secara langsung bergantung pada faktor-faktor herediter;
- terdapatnya insidens kanker yang tinggi pada individu-individu yang menunjukkan defek herediter kemampuan memperbaiki lesi DNA;
- adanya kelainan kromosom yang jelas pada sel-sel kanker tertentu;
- adanya sejumlah onkogen yang dapat mentransformasikan sel normal menjadi sel ganas;
- identifikasi gen supresor (tumor suppressor genes) yang apabila hilang atau mengalami inaktivasi mengakibatkan sel kehilangan kendali dan mengalami transformasi ganas.
Periode laten yang lama mendukung dugaan bahwa perlu adanya beberapa perubahan atau beberapa mutasi sebelum sel normal berubah menjadi fenotip ganas. Mutagen menyebabkan lesi DNA pada berbagai tempat (lokasi) dan berkat perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi saat ini dapat diidentifikasi berbagai lokasi pada DNA yang merupakan sasaran lesi onkogenik dan yang mempunyai fungsi biologis penting bagi pertumbuhan sel.
Penelitian tentang hubungan antara kanker dan virus juga telah membuktikan bahwa berbagai jenis virus merupakan mutagen yang poten, bahkan lebih poten dari bahan kimia.
Ada 2 jalur melalui mana virus dapat menyebabkan transformasi, yaitu pertama dengan cara menghambat fungsi berbagai tumor suppressor gene seperti Rb dan p53 dan menghambat salah satu keluarga Bcl2 yang pro-apoptotik yaitu bax, sedangkan jalur kedua dengan cara menghasilkan produk onkogen virus yang menginduksi translokasi kromosom atau mutasi gen lain dan berakhir dengan transformasi sel.
Pada gambar di atas diperlihatkan transformasi sel oleh virus DNA melalui inaktivasi produk tumor suppressor gene pRb dan p53 serta bax (jalur bawah). Fungsi protein-protein ini juga sering terganggu pada karsinogenesis yang tidak berkaitan dengan virus. Jalur transformasi yang lain (jalur atas) menunjukkan mekanisme transformasi oleh virus melalui produk virus yang menginduksi translokasi kromosom dan ekspresi onkoprotein (oncogenic fusion protein).
Salah satu produk virus (viral oncogene) yang sudah lama dikenal adalah E1A adenovirus yang menginduksi translokasi t. Walaupun demikian, infeksi virus tidak selalu berakhir dengan transformasi. Banyak virus dapat berada dalam tubuh dalam keadaan laten untuk waktu yang lama dalam bentuk kriptik dan mengawali tumorigenesis, tetapi untuk berlanjut menjadi kanker diperlukan berbagai ko-faktor.
Penelitian lebih lanjut mengenai hal ini dapat mengidentifikasi berbagai gen virus (viral oncogenes) yang bertanggung jawab atas terjadinya transformasi dan hasil penelitian tersebut merupakan dasar untuk pemahaman kita tentang onkogen-onkogen penting pada kanker yang diinduksi maupun tidak diinduksi oleh virus.
Seperti telah diuraikan di atas, baik virus maupun bahan fisiko-kimia dapat menginduksi tumorigenesis melalui mekanisme genetik. Bahan fisiko-kimia melakukannya dengan memodifikasi gen normal menjadi onkogen sedangkan virus disamping dapat menyebabkan mutasi DNA juga mengandung preformed oncogenes.
BIOLOGI SEL KANKER
Sebagian besar sel normal yang terdapat dalam tubuh sudah mengalami diferensiasi yang berarti sel-sel tersebut telah mengalami berbagai perubahan demikian rupa sehingga menunjukkan morfologi dan fungsi spesifik.
Selama proses diferensiasi, sel normal umumnya tidak memiliki kemampuan untuk berproliferasi, tetapi di lain fihak banyak sel-sel jaringan tubuh mengalami proses renewal untuk mengganti sel-sel yang hilang karena rusak atau menua, dengan sel-sel prekursor baru (stem-cells), yang kemudian diikuti oleh proliferasi sel- sel keturunannya.
Diduga bahwa sebagian besar sel kanker berasal dari sel-sel progenitor ini. Kehilangan kemampuan berdiferensiasi menyebabkan maturation arrest yang berakhir dengan peningkatan proliferasi sel dan perkembangan tumor.
Keterangan gambar :
Produksi sel normal dan proliferasi sel yang tidak terkontrol.
A: Jalur normal untuk memproduksi sel yang berdiferensiasi
B: Stem-cell gagal memproduksi sel anak non-stem-cell pada setiap pembelahan kemudian berproliferasi membentuk tumor
C: Sel anak gagal berdiferensiasi normal dan berproliferasi membentuk tumor
Pada umumnya diperlukan 2 perubahan penting untuk transformasi ganas. Pertama adanya kemampuan untuk tumbuh dan berkembang tanpa stimulasi dari luar (autocrine), baik melalui produksi regulator, aktivasi reseptor secara terus menerus atau transduksi sinyal yang abnormal dalam jalur transduksi mulai dari reseptor hingga gen relevan dalam nukleus.
Kelainan yang kedua adalah kesalahan intrinsik dalam komitmen diferensiasi dari sel-sel yang memberikan respons terhadap stimulasi di atas sehingga, karena tidak ada komitmen diferensiasi, yang terbentuk adalah sel-sel yang sama dengan induknya dan bukan sel-sel prognitor yang memiliki komitmen untuk diferensiasi terminal.
Pertumbuhan sel normal diatur oleh protein terlarut yang disebut faktor pertumbuhan atau sitokin. Salah satu jenis protein yang diketahui bersifat sebagai faktor pertumbuhan adalah hormon yang juga merupakan molekul penerus sinyal. Hormon disimpan dalam kelenjar endokrin dan disekresikan ke dalam sirkulasi apabila diperlukan.
Di samping hormon, protein regulator pertumbuhan lain yang disekresikan oleh berbagai jenis sel adalah polipeptida yang dapat mempengaruhi pertumbuhan sel-sel di sekitarnya (sinyal parakrin); contoh faktor pertumbuhan golongan ini adalah sitokin.
Sel juga dapat mensekresikan protein yang dapat berikatan dengan reseptor pada permukaan sel sendiri (sinyal autokrin). Faktor pertumbuhan terlarut merupakan unsur penting dalam mengatur proliferasi dan diferensiasi serta fungsi sel-sel hemopetik termasuk sel-sel sistem imun.
Faktor pertumbuhan menyampaikan sinyal melalui pengikatan dengan reseptor yang kemudian meneruskan sinyal ini melalui berbagai proses biokimiawi intrasel ke nukleus. Proses ini disebut transduksi sinyal. Kelainan dalam jalur transduksi sinyal yang menyebabkan stimulasi berlebihan sering dijumpai pada sel-sel kanker.
Stimulasi berlebihan oleh faktor pertumbuhan saja pada umumnya hanya menyebabkan hiperplasia dan bukan transformasi ganas. Untuk menjadi ganas diperlukan kelainan intrinsik lain misalnya inaktivasi tumor suppressor genes. Salah satu contoh interaksi antara faktor pertumbuhan yang berlebihan dengan kelainan faktor intrinsik yang berakibat transformasi ganas diperlihatkan pada gambar di bawah dengan mengambil contoh kanker payudara.
Pada gambar ini diperlihatkan pengaruh stimulasi berlebihan estradiol dan hormon steroid lain untuk merangsang proliferasi sel kelenjar payudara. Stimulasi ini membantu ekspresi dan fiksasi mutasi gen yang telah ada dalam germline cells (misalnya p53, BRCA1/ BRCA2).
Tambahan kelainan gen DNA repair (MSH1) meng-akselerasi transformasi ganas. Aktivasi onkogen, baik akibat mutasi, translokasi maupun amplifikasi meningkatkan proliferasi sedangkan inaktivasi tumor suppressor genes, yang dalam keadaan normal berfungsi mengontrol pertumbuhan, ditambah dengan disfungsi gen DNA repair, menyebabkan sel tumbuh tak terkontrol dan akhirnya mengalami transformasi ganas.
Perkembangan dan pertumbuhan sel normal membutuhkan koordinasi intraseluler maupun interaksi antar sel yang terkendali dalam organisme bersangkutan. Proliferasi sel normal berlangsung melalui suatu siklus sel yang terdiri atas 4 fase yang ditentukan oleh waktu sintesis DNA, yaitu fase G1, fase S, fase G2 dan fase M.
Berbeda dengan bakteria yang mensintesis DNA secara terus menerus selama siklus pembelahan sel, sel-sel mamalia mengalami siklus sel yang lebih kompleks. Setelah mitosis, sel memasuki fase G1, yaitu fase di mana sel sangat aktif tetapi tidak mensintesis DNA. Pada fase ini kandungan DNA sel adalah 2N (diploid), Siklus sel kemudian berlanjut ke fase S di mana terjadi sintesis DNA dan kandungan DNA berubah menjadi 4N.
Fase selanjutnya adalah fase G2 sebelum memasuki fase M di mana sel membelah diri menjadi 2 sel diploid. Waktu yang diperlukan untuk satu siklus bergantung pada jenis sel, dan perbedaan waktu itu terutama terjadi di fase G1, di mana bila diperlukan siklus sel berhenti pada fase ini (G1 arrest) atau pada interphase G1/S.
keterangan : Siklus sel: M=mitosis; G1=gap1; S=sintesis DNA; G2= gap
Titik penentu (decision point) terletak pada G1. Pada titik ini sel normal melanjutkan siklus sel melalui G1 atau memasuki fase G0 untuk berisitirahat bergantung pada ada tidaknya faktor pertumbuhan. Kontrol pertumbuhan bergantung pada berbagai mekanisme transduksi sinyal yang acap kali diperantarai oleh hormon dan faktor pertumbuhan.
Pertumbuhan kanker menunjukkan kegagalan mekanisme kontrol tersebut sehingga sel-sel kanker tumbuh tak terkendali dan itulah yang merupakan ciri utama sel ganas. Pertumbuhan tak terkendali dapat terjadi karena sel-sel kanker tidak memberikan respons terhadap sinyal kontrol, mungkin karena adanya lesi DNA atau adanya produk onkogen.
Alternatif lain adalah defek mekanisme kontrol homeostatik itu sendiri, misalnya akibat sekresi faktor pertumbuhan yang tidak tepat atau berlebihan, baik oleh sel-sel kanker sendiri maupun oleh sel-sel di sekitar kanker atau akibat gangguan proses metilasi DNA baik hipometilasi maupun hipermetilasi.
Pertumbuhan tidak terkontrol juga mungkin terjadi akibat perubahan (modifikasi) kuantitatif maupun kuantitatif pada reseptor faktor pertumbuhan atau gangguan fungsi meneruskan sinyal oleh kompleks faktor pertumbuhan dengan reseptornya ke nukleus.
Salah satu kelainan reseptor faktor pertumbuhan adalah ekspresi berlebihan c-ErbB2 yang merupakan reseptor tirosine kinase yang berakibat transduksi sinyal terus menerus melalui M G2 G1 S G0 7 stimulasi ErbB1 (EGFR). Fosforilasi reseptor faktor pertumbuhan karena ikatannya dengan ligand (faktor pertumbuhan) atau kelainan kualitas akibat mutasi mengakibatkan aktivasi molekul-molekul transduksi sinyal berikutnya (downstream), misalnya MAP-kinase, ERK’s, cJun/JNK dan lain-lain.
Banyak bukti-bukti yang menyatakan bahwa kanker berasal dari sel progenitor tunggal yang berproliferasi membentuk sebuah klon yang sel-selnya memiliki sifat-sifat sama dengan progenitornya, termasuk memiliki kelainan genetik atau menunjukkan fenotip ganas yang sama. Kelainan genetik itu harus stabil karena ia berada dalam sel yang terus menerus berproliferasi dan mewariskan kelainan genetik itu kepada sel-sel keturunannya.
Tetapi meskipun ada tanda-tanda klonal, ada pula bukti bahwa sel-sel dalam klon itu tidak selalu identik. Sel-sel dalam sebuah tumor seringkali menunjukkan heterogenitas, sehingga menimbulkan dugaan bahwa sel-sel kanker mengalami modifikasi selama pertumbuhannya.
Walaupun kanker dapat berkembang dalam berbagai jenis organ, ada beberapa gambaran umum dalam perkembangan berbagai jenis kanker yang mengikuti pola yang sama :
- Pertama, kanker berasal dari satu klon; jadi neoplasma adalah pertumbuhan klonal (monoklonal) di mana populasi sel merupakan keturunan sel progenitor tunggal yang mengalami transformasi dan kemudian berproliferasi abnormal.
- Kedua, kanker bukan merupakan penyakit sel secara individual. Sel yang mengalami transformasi tumbuh menjadi masa tumor yang menginvasi dan menginfiltrasi jaringan organ di sekitarnya dan mengganggu fungsinya.
- Ketiga, kanker tidak hanya terjadi akibat proses transformasi tunggal, dan asal-usul klonal neoplasma tidak dengan sendirinya berarti bahwa mutasi gen secara langsung mengakibatkan terjadinya kanker. Untuk menjadi ganas populasi sel tersebut harus mengalami proses lain (karsinogenesis) yang berlangsung bertahap (multistep process/ multistep carcinogenesis) sebelum ia menunjukkan fenotip ganas. Selama proses multistep yang diawali dengan inisiasi dan dilanjutkan dengan promosi dan progresi, dapat terlihat fase-fase perubahan preneoplastik yang merupakan penanda kecenderungan sel menjadi ganas.
- Ke empat, kanker terjadi sebagai akibat akumulasi / mutasi berurutan gen-gen penting yang berfungsi mengatur proliferasi dan diferensiasi sel dengan akibat meningkatnya atau menghilangnya aktivitas yang berlangsung dalam jalur proses pertumbuhan sel normal.
Pengertian awal tentang sifat-sifat sel kanker diperoleh dengan melakukan kultur sel in vitro. Dari kultur sel in vitro tersebut diketahui berbagai perbedaan sifat pertumbuhan sel kanker dengan sel normal. Salah satu sifat penting sel kanker dalam kultur adalah masa hidupnya dengan kemampuan berproliferasi yang tidak terbatas, yang sering disebut dengan istilah “immortal” dan diferensiasi abnormal.
Diferensiasi abnormal itu berkaitan dengan proliferasi karena sel normal yang telah berdiferensiasi lengkap akan berhenti berproliferasi atau hanya berproliferasi lambat, tetapi sel-sel ganas akan berhenti berdiferensiasi konsisten dengan kemampuan berproliferasi aktif tanpa batas.
Di samping itu, sel ganas seringkali tidak mampu menjalani apoptosis padahal ini merupakan program diferensiasi banyak jenis sel yang memiliki ketahanan hidup terbatas. Sifat sel ganas in vitro ternyata mirip dengan beberapa sifat sel ganas in vivo
Tabel Pertumbuhan sel fibroblast normal dan fibroblast neoplastik
Sifat pertumbuhan
|
Sel normal
|
Sel ganas
|
|---|---|---|
| Inhibisi pertumbuhan yang density-dependent | Ada | Tidak ada |
| Kebutuhan akan faktor pertumbuhan | Tinggi | Rendah |
| Ketergantungan pada anchorage | Ada | Tidak ada |
| Masa hidup dengan kemampuan berproliferasi | Terbatas | Tidak terbatas |
| Hambatan migrasi | Ada | Tidak ada |
| Adhesiveness | Tinggi | Rendah |
| Morfologi | Rata | Bundar |
Salah satu sifat lain dari sel ganas adalah memiliki kemampuan untuk menembus jaringan sekitarnya dan menyebar melalui pembuluh darah atau pembuluh getah bening ke tempat jauh (metastasis). Penyebaran sel-sel kanker memerlukan perubahan genetik yang memungkinkan sel-sel tersebut mampu bermigrasi dari organ asalnya ke organ yang letaknya berjauhan.
Tetapi migrasi sel kanker saja tidak cukup untuk tumbuhnya metastasis di lokasi baru. Untuk ini diperlukan ketersediaan nutrisi yang cukup yang diperoleh melalui vaskularisasi (angiogenesis). Kemampuan kita untuk mengontrol dan mencegah metastasis memerlukan pengertian yang lebih baik tentang mekanisme yang mendasari metastasis, termasuk mekanisme yang terlibat dalam survival, migrasi dan adhesi maupun kontrol genetik proses tersebut.
Saat ini telah dapat diidentifikasi berbagai enzim proteolitik yang mengawali cleavage, aktivasi dan degradasi protein-protein seluler. Di antara enzim yang berperan penting dalam proses degradasi matriks yang diperlukan untuk proses metastasis dan angiogenesis adalah enzim urokinase plasminogen activator (u-PA) dan inhibitor (PAI), metalloproteinase, heparanases, stromelysin dan lain-lain
Di samping kelainan mekanisme proliferasi dan diferensiasi, sel-sel kanker yang mengalami kelainan genetik memerlukan metabolisme khusus untuk perkembangannya menjadi masa tumor dalam 3 dimensi. Walaupun kelainan metabolik ini tidak merupakan defek mendasar yang menyebabkan kanker, kelainan tersebut dapat merupakan dasar kemampuan sel-sel ganas untuk hidup dan menembus jaringan sekitarnya.
Penelitian akhir- akhir ini mengungkapkan bahwa beberapa di antara kelainan genetik yang mengakbatkan perkembangan tumor secara langsung atau melalui hipoksia juga berdampak pada glikolisis yang berperan penting pada kemampuan sel kanker untuk merekrut pembuluh darah baru (angiogenesis).
Di samping kelainan genetik atau mutasi DNA yang secara langsung berperan pada tumorigenesis, tidak boleh dilupakan kontribusi epigenetik pada perkembangan kanker. Proses epigenetik merupakan kelainan fungsi gen yang diturunkan dan diperantarai oleh faktor-faktor lain di luar kelainan primer pada sekuen DNA.
Seperti telah disebut di atas, dengan beberapa pengecualian, setiap sel dalam tubuh manusia memiliki informasi genetik yang sama. Walaupun demikian, terdapat perbedaan yang besar dalam fungsi masing-masing jenis sel. Ini berarti bahwa setiap jenis sel hanya mengekspresikan seperangkat gen spesifik yang diperlukan untuk melaksanakan fungsinya.
Ekspresi gen spesifik sesuai jenis sel ini ditentukan saat sel berdiferensiasi melalui interaksi yang kompleks di antaranya sinyal ekstraseluler, faktor transkripsi spesifik jaringan, dan modifikasi kovalen DNA melalui metilasi. Diferensiasi pada umumnya terjadi tanpa perubahan pada sekuen DNA primer, tetapi trait yang diperoleh biasanya stabil dan dapat diwariskan kepada sel-sel keturunannya pada saat pembelahan sel.
